Principes des dessins de cames

Principes des dessins de cames

Introduction

Une came rotative, Fig. 18-1, est une pièce d'une machine qui transforme mécaniquement un mouvement cylindrique en mouvement rectiligne.

fig. 18-1. Cames

La came, qui est montée sur un arbre, est généralement entraînée par un moteur appliqué directement à l'arbre à cames ou relié par des poulies ou des engrenages.

Le but d'une came est de transmettre divers types de mouvement à d'autres parties d'une machine.

Les cames d'une machine à coudre des chaussures, par exemple, modifient la rotation de l'axe du moteur en une action irrégulière ou de haut en bas qui est nécessaire pour coudre le cuir. Les cames sont considérées comme le meilleur moyen de produire une grande variété de mouvements différents.

Pratiquement chaque came doit être conçue et fabriquée pour répondre à des exigences particulières. Les cames sont rarement achetées en tant qu'article de catalogue. En général, les cames sont fabriquées sur mesure. Ainsi, il est presque certain qu'un dessinateur de machines sera appelé à réaliser les dessins d'exécution d'une came.

Les cames sont utilisées sur les machines linotypes, les moteurs à essence, les presses à imprimer, les machines textiles, les machines à façonner les métaux, les machines à chaussures, les machines à emboutir, les mécanismes d'alimentation des machines de production et, en fait, sur pratiquement tous les types de machines automatiques.

Comment fonctionnent les cames

Bien que chaque exemple de la Fig. 18-2 semble être assez différent, toutes les cames fonctionnent de manière similaire.

fig. 18-2. Exemples de cames couramment utilisées

Dans chaque cas, lorsque la came est tournée ou tournée, une autre pièce en contact avec la came, appelée suiveur, est déplacée soit vers la gauche et la droite, soit vers le haut et le bas, soit vers l'intérieur et l'extérieur. Le suiveur est généralement relié à d'autres pièces de la machine (non représentées sur la Fig. 18-2) pour accomplir l'action souhaitée.

La direction dans laquelle le suiveur se déplace dépend de la position du cadre qui fixe la came et le suiveur à la machine. Dans les Fig. 18-2 A à D, la came est constituée d'une plaque métallique de forme irrégulière.

Notez les différents types de suiveurs illustrés. Dans ces exemples, lorsque la came tourne, le suiveur monte et descend. Il est maintenu en contact avec le bord de la came soit par son propre poids, soit par un ressort. Si le suiveur perd le contact avec la came, il ne fonctionnera pas.

Dans la Fig. 18-2 E et F, des cames avec des rainures sont représentées. Le suiveur ne peut pas perdre le contact avec les cames de ce type, car le suiveur travaille dans la rainure et est maintenu en place par la rainure.

Un suiveur qui est en contact avec une came d'extrémité cylindrique est représenté dans la Fig. 18-2G. Lorsque la came tourne, le suiveur est amené à se déplacer vers la gauche et vers la droite.

Plus la came tourne vite, plus le mouvement du suiveur est rapide. Le mouvement du suiveur provoqué par la rotation de la came est exactement le même pour chaque tour complet de la came. Le même principe est utilisé pour toutes les cames.

Conception des cames

Dans la plupart des entreprises, les ingénieurs ou les concepteurs préparent les schémas de conception des cames. Les schémas de conception peuvent inclure des spécifications pour la vitesse et l'accélération, les matériaux de came appropriés, les exigences d'usinage et le traitement thermique.

De plus, la conception du suiveur requis pour le système de came est élaborée. En principe, la conception et le dessin d'une came se déroulent en deux étapes.

étape 1

Élaboration du diagramme de déplacement, établissement du mouvement souhaité et conception de la came et du suiveur. L'ingénieur concepteur est généralement responsable de cette étape pour les mouvements compliqués.

étape 2

Préparation des dessins détaillés de la came et du suiveur de came. Le dessinateur de machines est responsable de cette étape.

Le diagramme de déplacement

Différents types de mouvement ou d'action peuvent être transférés au suiveur, en fonction de la forme et du type de came. La forme de la came est déterminée par le diagramme de déplacement qui est généralement réalisé avant que l'une des vues de la came ne soit dessinée.

Un diagramme de déplacement est une sorte de graphique qui montre le moment et la vitesse du suiveur pendant une rotation complète de la came.

Le terme diagramme de déplacement est utilisé car il montre la quantité de déplacement ou de déplacement du suiveur d'une position à une autre. Le diagramme de déplacement montre également la position ou le chemin du suiveur à une position donnée lorsque la came tourne.

La figure 18-3 montre un diagramme de déplacement. La longueur peut être dessinée à n'importe quelle taille pratique, mais elle doit représenter une rotation complète de 360° de la came. La longueur est espacée en degrés et représente le temps nécessaire à une révolution de la came.

La hauteur est espacée en pouces et est dessinée en taille réelle à une échelle précise. La hauteur représente la montée (déplacement) maximale ou totale du suiveur. Nous discuterons des différents espacements de la hauteur dans les paragraphes suivants.

La montée est la distance totale sur laquelle le suiveur est déplacé (ou déplacé) à partir de la position de départ sur un tour complet de la came.

À partir de la figure 18-3, nous pouvons déterminer la position du suiveur à n'importe quel intervalle ou période de la rotation de la came.

fig. 18-3. Un diagramme de déplacement

Le suiveur démarre à 0° et monte de 1 pouce en 90°, soit un quart de la rotation de la came ; à 180°, soit la moitié de la rotation de la came, sa montée est à un maximum de 2 pouces ; à 270°, soit les trois quarts de la rotation de la came, il tombe à 1 pouce ; et il revient finalement à son point de départ initial à 0°.

À partir de cette illustration graphique, nous pouvons déterminer le mouvement du suiveur à n'importe quelle période sur un tour complet de la came (360°).

Mouvements de came

Il existe trois types standard de mouvements de came couramment utilisés. Une connaissance pratique de chacun est importante. L'ingénieur concepteur décide du type de mouvement qu'il utilisera après avoir étudié les exigences de la machine utilisant la came.

Le diagramme de déplacement pour ce type de mouvement est ensuite réalisé et la forme et la taille de la came sont déterminées.

Mouvement uniforme

La figure .18-4A montre la moitié d'un diagramme de déplacement pour un mouvement uniforme.

fig. 18-4. Mouvement uniforme et uniforme modifié

Ce mouvement est utilisé lorsque le mécanisme peut être conçu pour être suffisamment robuste et rigide pour résister au choc transmis au suiveur en position de départ. Ici, la vitesse est la même du début à la fin. L'action de la came est brutale et abrupte.

Les ingénieurs évitent d'utiliser ce type de mouvement autant que possible, préférant la courbe illustrée à la figure 18-4B. Ici, les chocs aux positions de départ et d'arrêt ont été rendus moins brusques en utilisant une courbe de transition.

On dit qu'une came avec ce type de courbe a un mouvement uniforme modifié. La came fonctionne généralement à des vitesses relativement faibles. Certaines opérations de la machine nécessitent des cames comme celle-ci qui transmettent le mouvement aux pièces mobiles à une vitesse constante.

Mouvement harmonique simple

Ce mouvement, illustré à la figure 18-5, est utilisé lorsque l'uniformité du mouvement n'est pas particulièrement essentielle et lorsqu'un démarrage et un arrêt en douceur sont souhaités, comme dans les mécanismes d'alimentation. Il est également utilisé lorsque des vitesses élevées sont nécessaires.

Un tour de came produit une vitesse maximale à 90°, une vitesse nulle à 180°, une vitesse maximale à 270° et une vitesse nulle à 360° (0°). Un mouvement harmonique simple produit une action de suiveur douce et facile.

fig. 18-5. Mouvement harmonique

Mouvement constamment accéléré et décéléré

Le mouvement représenté sur la figure 18-6 se traduit par une augmentation et une diminution progressives de la vitesse. La moitié de la courbe de 0° à 90° est exactement l'inverse de la moitié de 90° à 180°. À aucun moment, la vitesse n'est uniforme. Il est considéré comme le plus régulier des trois mouvements.

fig. 18-6. Mouvement constamment accéléré et décéléré

La base du mouvement est la même que pour un corps en chute libre :

Un objet lâché d'un point élevé tomberait sur la terre avec une accélération constante. De la même manière qu'un corps en chute libre, la vitesse du suiveur de came augmente de quantités égales à des intervalles de temps égaux et diminue de quantités égales à des intervalles de temps égaux.

La vitesse du suiveur est la plus élevée à 90° et la plus faible au sommet de la courbe, 180°. La vitesse augmente inversement lors de la chute et atteint un maximum à 270°.

Combinaison de mouvements

L'un des trois mouvements décrits ci-dessus peut être utilisé sur une came particulière. Les mouvements peuvent également être combinés pour produire une variété de mouvements.

Les exemples suivants montrent comment une combinaison de mouvements peut être utilisée pour n'importe quelle conception de came. Une came peut combiner un mouvement uniforme, un mouvement harmonique simple et un mouvement constamment accéléré et décéléré.

Modèles de came

Pour aider à comprendre le fonctionnement des cames, un modèle de came peut être fabriqué. Il est suggéré d'utiliser du carton solide. Le modèle peut être fabriqué en plaçant un dessin de came tel que les figures 18-10, 18-13 ou 18-16 sur le carton.

Des points importants, tels que le centre de l'arbre à cames et les points d'intersection formés par les lignes radiales et la surface de travail du bord de la came, peuvent être transférés sur la surface du carton en piquant le dessin avec une pointe acérée.

La courbe de came est réalisée en reliant les points ainsi situés sur le carton et en coupant autour de la courbe. Ensuite, un petit morceau de carton doit être découpé, ressemblant au type de suiveur souhaité.

Assemblez les pièces comme indiqué sur la figure 18-7 en fixant la découpe de came et le suiveur sur une planche à dessin. La découpe de came peut maintenant être tournée en contact avec le suiveur.

fig. 18-7. Un modèle fonctionnel d'une came

Le modèle sera adapté pour examiner ce qui se passe réellement lorsqu'une came tourne en contact avec un suiveur. Étudiez attentivement l'action du suiveur lorsque la came tourne.

Exemples de mouvements de came

Les exemples suivants illustrent la procédure de dessin du diagramme de déplacement et les vues requises de diverses formes de came et de suiveurs.

Exemple 1. mouvement uniforme modifié

Il s'agit de la méthode qu'un dessinateur de machines utilise pour dessiner une came à plaque radiale avec un mouvement uniforme modifié.

Exigences

Supposons qu'un suiveur à lame de couteau doit monter de 1-1/2 pouce avec un mouvement uniforme modifié à 180° et descendre de 1-1/2 pouce avec le même mouvement à 180°. La rotation de la came se fait dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.

Procédure

PARTIE I :

Dessinez le diagramme de déplacement comme illustré à la figure 18-8 et comme décrit aux étapes 1 à 6.

fig. 18-8. Diagramme de déplacement : came à mouvement uniforme modifié

1. Tracez la montée 0-A égale à la montée maximale du galet (3,8 cm).

2. Tracez la ligne de base 0-12 égale à toute distance appropriée.

3. Marquez le point médian 6 sur la ligne 0-12 et divisez 0-6 et 6-12 en 6 divisions égales. Chaque division correspond à 30 ° de rotation de la came. Tracez des lignes verticales passant par ces points.

4. Divisez la montée 0-A en autant de divisions que 0-6 (dans ce cas, 6 divisions). Tracez des lignes horizontales passant par ces points.

5. Avec un rayon égal à 1/3 OA, tracez les arcs comme indiqué. Bien qu'il existe d'autres méthodes pour tracer les arcs de la courbe de transition, R = 1/3 OA est considéré comme suffisamment précis pour la plupart des applications. (Pour les graphiques, même si une droite est utilisée, on parle de courbe.)

6. Tracez des droites tangentes aux arcs, ce qui complétera le diagramme de déplacement avec la courbe de mouvement uniforme modifiée requise.

PARTIE II :

Dessinez les vues d'une came à plaque radiale, comme illustré aux figures 18-9 et 18-10, et comme décrit aux étapes 1 à 4, 5 et 6.

fig. 18-9. Schéma d'une came à plaque radiale

fig. 18-10. Schéma d'assemblage d'une came à plaque radiale

1. Tracez les axes centraux principaux jusqu'à ce qu'ils se croisent au point C. Le concepteur précisera les dimensions du diamètre de l'arbre à cames, de la clavette, du diamètre du moyeu et l'emplacement du point 0.

Le rayon du cercle de base sera toujours égal à la distance CO. Le point 0 sur le cercle de base représente le point de départ du galet suiveur sur le bord de la came. Il s'agit de sa position la plus proche de l'arbre à cames. Le diamètre du cercle de base et la course maximale du galet suiveur déterminent la taille de la came.

2. Tracez des lignes radiales régulièrement espacées tous les 30°, étiquetées 1, 2, 3, etc., dans le sens des aiguilles d'une montre. Le nombre d'espacements autour du cercle doit correspondre au nombre de divisions 0-12 sur le diagramme de déplacement (dans le cas d'un pas de 30°, 12 divisions). L'angle entre les lignes radiales est appelé angle d'action.

3. À partir du point 0, tracez l'élévation 0-A, soit 1,5 pouce, sur la ligne médiane verticale. Les espacements sur la ligne 0-A sont égaux aux espacements 0-A reportés du diagramme de déplacement.

4. Avec le compas réglé au point C et des rayons égaux aux distances C-1, C-2, C-3, etc., tracez des cercles légers.
L'arc passant par le point 1 coupe maintenant la ligne radiale 1 ; l'arc passant par le point 2 coupe la ligne radiale 2 ; et ainsi de suite. Comme les deux lobes (moitiés) de la came de cet exemple sont identiques, les points des petits cercles sur les lignes radiales 1 et 11, 2 et 10, etc., sont directement opposés.

Il est utile d'aborder ici un principe fondamental qui intervient à chaque fois qu'une came est dessinée. En pratique, la came tourne et le galet se déplace. Dans cet exemple, le galet monte et descend de 3,8 cm à chaque tour complet de la came.

Sur le dessin, cependant, la came ne peut pas tourner, mais doit rester en place. Il faut donc imaginer que le galet tourne autour de la came. Les petits cercles sur les lignes radiales illustrent les différentes positions du galet lors de sa rotation autour de la came.

5. Tracez une courbe lisse aux intersections des arcs ainsi tracés et des lignes radiales correspondantes (indiquées par de petits cercles). Nous obtenons ainsi la courbe de came, ou surface de travail du bord, comme illustré à la figure 18-10.

6. Complétez la vue de droite. Les dimensions du galet suiveur et de la plaque de came sont normalement fournies au dessinateur par le concepteur.

La précision de la courbe de came peut être améliorée en divisant la distance 0-12 sur le diagramme de déplacement, par exemple, en deux fois plus de parties. Au lieu de construire 12 lignes radiales (espacées de 30°), nous construirions 24 lignes radiales (espacées de 15°).

Le principal avantage de 24 positions de galets suiveurs est d'obtenir une courbe de came plus précise. Dans certains cas, le dessinateur peut espacer les lignes radiales tous les 5°, voire jusqu'à 1°.

La figure 18-10 montre le dessin final de la came avec le galet suiveur requis.

Exemple 2. Mouvement harmonique simple

Voici la méthode utilisée par un dessinateur de machines pour dessiner une came à plaque radiale avec un mouvement harmonique simple.

Exigences

Supposons qu'un galet suiveur monte de 5 cm avec un mouvement harmonique simple à 180° et descende de 5 cm avec le même mouvement à 180°. La came tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.

Procédure

PARTIE I :

Dessinez le diagramme de déplacement illustré à la figure 18-11 et décrit aux étapes 1 à 5.

fig. 18-11. Diagramme de déplacement : came avec mouvement harmonique simple

1. Tracez un demi-cercle dont le diamètre est égal à la montée maximale du galet suiveur, soit 5 cm.

2. Tracez la ligne de base 0-12 égale à toute distance appropriée.

3. Marquez le milieu 6 sur la ligne 0-12 et divisez 0-6 et 6-12 en 6 divisions égales. Chaque division correspond à une rotation de 30° de la came. Tracez des lignes verticales passant par ces points.

4. Divisez le demi-cercle en autant de divisions que 0-6 (ici, 6 divisions) et projetez les points sur 0-A. Tracez des lignes horizontales passant par ces points.

5. À l'aide d'une courbe irrégulière, tracez une courbe lisse passant par les intersections des lignes horizontales et verticales (courbe harmonique).

PARTIE II :

Dessinez les vues de la came à plaque radiale, comme illustré aux figures 18-12 et 18-13, et comme décrit aux étapes 1 à 5, 6 et 7.

fig. 18-12. Schéma d'une came à plaque radiale

fig. 18-13. Schéma d'assemblage d'une came à plaque radiale

1. Tracez les axes centraux principaux jusqu'à leur intersection au point C. Le concepteur fournira les dimensions du diamètre de l'arbre à cames, de la clavette, du diamètre du moyeu et l'emplacement du point 0.

2. Tracez des lignes radiales espacées régulièrement tous les 30°, étiquetées 1, 2, 3, etc. Le nombre d'espacements doit correspondre au nombre de divisions 0-12 du diagramme de déplacement (ici, 12 divisions).

3. À partir du point 0, tracez l'élévation 0-A, soit 5 cm, sur la ligne médiane verticale. Les espacements sur la ligne 0-A sont égaux à ceux reportés sur le diagramme de déplacement.

4. Avec le compas réglé au point C et des rayons égaux aux distances C-1, C-2, C-3, etc., tracez des cercles légers.

L'arc passant par le point 1 coupera la ligne radiale 1 ; l'arc passant par le point 2 coupera la ligne radiale 2 ; et ainsi de suite. Les points d'intersection sont représentés par de petits cercles sur la figure 18-12. Puisque les deux lobes de cet exemple sont identiques, les points des petits cercles des lignes radiales 1 et 11, 2 et 10, etc., sont directement opposés.

5. Les points ainsi trouvés correspondent aux différentes positions du centre de roulis. Reliez ces points par une courbe lisse appelée courbe de tangage.

6. La surface de travail du bord de la came peut être dessinée comme suit :

Avec le compas réglé sur le rayon de roulis, tracez des arcs de cercle à partir de l'intersection de la courbe de pas et des lignes radiales (au niveau de chacun des petits cercles).

Dessinez la surface de travail du bord tangent aux arcs représentant les différentes positions de roulis, comme illustré à la figure 18-13.

7. Dessinez la vue de droite. Les dimensions du galet suiveur et de la came à plaque sont fournies par le concepteur.

Exemple 3 : Mouvement accéléré et décéléré constant